A fényspektrum és hatása a növények növekedésére: kültéri termesztés vs. üvegház vs. beltéri termesztés

A növénytermesztésnek sokféle formája lehet: a hagyományos kültéri termesztéstől az üvegházakon át a mesterséges világítás alatti beltéri termesztésig. Mindegyik módszer egyedi előnyöket kínál, de hátrányai is vannak. Mai cikkünkben a kültéri, az üvegházi és a LED-es termesztőlámpákkal végzett beltéri termesztés fényspektrumának különbségeivel foglalkozunk.

A növények fényérzékelők, más néven fotoreceptorok segítségével érzékelik a fényt. Többségük feladata a fény fotonjainak befogása és energiává alakítása a fotoszintézis folyamata során. A növények azonban olyan speciális fotoreceptorokkal is rendelkeznek, amelyek a többitől eltérően működnek: nem mindig vesznek részt a fotoszintézisben, sőt némelyikük a látható fényspektrumon kívüli fényt is érzékeli. Ezek a fotoreceptorok fontosak a növények számára, mivel befolyásolják a cirkadián folyamatokat, a fejlődési jelzéseket, a génszabályozást és még sok mást.

A fény különböző színei

A fényspektrum megértéséhez fontos tudni, hogy a fény elektromágneses sugárzás, amely részecskeként (fotonként) és hullámként is jellemezhető. Az elektromágneses sugárzás különböző típusait hullámhosszuk és az annak megfelelő frekvencia alapján osztályozzuk. A „spektrum” elnevezés eredetileg az emberi szem számára látható színtartományra (a szivárvány színeire) vonatkozott, idővel azonban a látásunkkal nem érzékelhető sugárzástípusokat is felfedeztek.

Látható fény: A fényspektrum látható része, 400–800 nanométeres hullámhosszal. A fényspektrum egyes színeit spektrumszíneknek nevezzük (piros, narancssárga, sárga, zöld, azúrkék, kék, lila).

Fotoszintetikusan aktív sugárzás: A PAR (photosynthetic active radiation) átfedésben van a látható fénnyel, és a növények fotoszintézishez használt fényének hullámhossztartományát jelöli (400–700 nanométer). A legtöbb termesztő LED-lámpa kizárólag fotoszintetikusan aktív hullámhosszakat bocsát ki.

UV: Az ultraibolya sugárzás (400–10 nanométer) veszélyes az emberekre és a növényekre is: károsítja a DNS-t, és rákos elváltozásokat okozhat. A Föld légköre az UV-sugárzás nagy részét kiszűri, de kis mennyisége eléri a felszínt.

Infravörös sugárzás: Az infravörös sugárzás hullámhossza 760 nanométer és 1 nanométer között van, és közeli infravörösre (near-IR), közepes infravörösre (mid-IR), valamint távoli infravörösre (far-IR) osztható.

Röntgensugárzás: A 10–0,1 nanométeres hullámhosszú röntgensugárzást az anyagok széles körén való áthatolási képessége miatt használják a gyakorlatban (röntgenfelvétel, CT). A növénytermesztésben nincs jelentősége.

Gammasugárzás: Atommagfolyamatok során keletkező radioaktív sugárzás. A növénytermesztésben nincs jelentősége.

Kültéri termesztés: a fény minden színe

Valószínűleg senkit sem lep meg, ha azt mondjuk, hogy a természetes napfény a legösszetettebb, és ez fedi le a lehető legszélesebb spektrumot. A kültéren termesztett növényeket nemcsak a fényspektrum látható része éri, beleértve a fotoszintetikusan aktív sugárzást is, hanem infravörös, UV- és egyéb sugárzástípusok is. Bár a rendkívül rövid vagy rendkívül hosszú fényhullámok növényekre gyakorolt hatásait nem dokumentálták kellőképpen, egyes láthatatlan hullámhosszok, például az UV- és a távoli vörös sugárzás, kulcsfontosságúak lehetnek a növények számára akkor is, ha nem befolyásolják a fotoszintézist.

Üvegházak: UV-sugárzás hiánya

Az üvegházak különféle üvegtípusokból, sőt akár műanyagból is készülhetnek, ezek pedig eltérően befolyásolhatják az anyagon áthaladó fényt. Általánosságban azonban elmondható, hogy az üveg átengedi a fényspektrum nagy részét, de természetes módon kiszűri az UV-sugárzás jelentős hányadát és az alacsonyabb hullámhosszú sugárzást. Ilyen értelemben az üvegházak félig áteresztőnek tekinthetők, az UV-fény hiánya pedig hatással lehet a növényekre, például a terpének vagy a hatóanyagok termelődésére.

Ismert, hogy egyes növényeknél az UV-sugárzás serkenti a másodlagos anyagcseretermékek termelődését. Az egyik elmélet szerint ezek a növények azért termelnek többet ezekből az anyagokból, mert azok természetes védelmet nyújtanak az UV-sugarak DNS-re gyakorolt káros hatása ellen. Emellett felfedeztek egy szokatlan fotoreceptort, az UVR8-at, amelyet közvetlenül az UV-B sugárzás aktivál, és a 280–320 nanométeres hullámhosszú fényt érzékeli. Ez a fotoreceptor két UVR8-molekulából áll, amelyek UV-B-sugárzás hatására szétválnak és monomerekké alakulnak. Ez megváltoztatja a működését, és többek között a stressztűrés, a génműködés és a növény fejlődése is módosul.

Az UV-sugárzás hiánya ugyan nem veszélyezteti a növények életét, de jelentősen befolyásolhatja, hogyan birkóznak meg a stresszel, és hogyan haladnak végig életük egyes szakaszain. Ezért egyes termesztők üvegházakban és beltéri termesztésnél speciális termesztőlámpákat használnak, amelyek UV-A- és UV-B-sugárzással egészítik ki a fényspektrumot.

Beltéri termesztés: a növények igényeihez igazított PAR

A legtöbb modern termesztő LED-lámpa szabványosított fényspektrumot bocsát ki, amelynek hullámhosszai megfelelnek a PAR-tartománynak (400–700 nanométer). Ez a spektrum bőségesen elegendő ahhoz, hogy a növények mesterséges világítás mellett jól fejlődjenek, és bizonyos körülmények között gyorsabban növekedjenek, mint kültéren vagy üvegházban. A LED-es termesztőlámpák spektrumából ugyanakkor nemcsak az UV-fény, hanem az infravörös fény is hiányzik.

A kültéren vagy üvegházban termesztett növényekre jutó infravörös fény mennyisége a nap folyamán és az év során is változik a Nap égbolton megtett útjának megfelelően, mivel változik az a szög, amelyben a fény áthalad a légkörön. A növények ezt a körülményt a cirkadián ritmusuk vezérlésére használják, és a fitokrómoknak nevezett speciális fotoreceptorok segítségével például azt is felismerik, hogy mikor kezdődik a virágzás ideje. Ezért mesterséges világítás alatti beltéri termesztésnél a növények valamivel lassabban kezdhetnek virágozni (a 12/12-es ciklusra való átállás után), mint kültéren. Az UV-sugárzáshoz hasonlóan az infravörös spektrumot is kiegészítheti termesztőhelyiségében vagy üvegházában infravörös spektrumú kiegészítő világítással.

Olvassa el ezt is: Beltéri termesztés: hogyan állítsa át a növényeket virágzásra?